基于人工智能的智慧教育解决方案

一、案例简介

       基于人工智能的智慧教育融合解决方案，将探索线上线下融合的混合式学习模式，形成完整支撑体系，并在各省市公立教育系统内学校进行应用示范。

二、案例背景

       2020年疫情对各省市教育系统正常教学活动造成极大冲击。教育部要求“停课不停学”，各地纷纷开设“空中课堂”等在线教育项目，以满足非常时期进行教学活动的要求，获得了有益经验，也暴露出一些问题，如教师与学生实时交流互动手段不够丰富、教学资源不足以支撑完整的课前课中课后教学活动、没有形成完整的教学考评管闭环等等。疫情之后教学工作逐步回归正轨，在线教育作为线下面对面授课的延伸和有益补充，必将打破课堂界限和数据困境，重塑教育信息化2.0时代的全新教学模式。

       本项目为满足人民日益增长的美好生活和培养社会主义接班人为目标，以实现教育供给侧改革为主线，加速激发市场活力，发挥教育信息产业对数字经济促进作用，加速提升优质教育供给能力，充分运用5G、人工智能、区块链、脑科学等前沿技术，帮助各地主管部门和学校重构教育环境，创新教育模式，优化教育治理，改革教育评价，建立网络化、数字化、智能化、个性化、终身化教育体系，为师生提供混合式教学和个性化学习服务，构建人本、开放、平等、可持续的教育新生态，促进区域教育公平和教育均衡，办好人民满意教育。

三、案例介绍

       天喻信息是国家教育资源公共服务平台的技术支撑商，已在浙江、福建、山东、上海、宁夏、辽宁、四川、吉林、广东等18个省级教育资源公共服务平台落地运营，宁波、武汉、沈阳等120多个地市平台，800多个个县级平台落地运营。建成开放性的数字教育资源超市汇聚模式，汇聚资源包12000多份，接入应用1025项。国家平台注册用户超2100万，日均PV破2500万，持续三年支持国家“一师一优课”活动开展，市场占有量全国领先。目前已建设了覆盖18个省、120个地市和800个区县、12万所学校、1.2亿师生的智慧教育平台+应用项目，覆盖全国65%的市场，整合基础教育27门学科课程，产生超过5000万数字化教育教学资源，天喻教育已经在区域教育云领域已经成长为业界龙头，市场占有率第一。

       本项目主要建设内容包括：智慧教育云平台、智慧教育AI大脑、智慧教育示范应用3部分。

①智慧教育云平台

       平台：按照国家、省级数字教育资源公共服务体系相关标准规范开发的智慧教育操作系统，平台深度融合人工智能、云计算、互联网等信息技术，支持国家、省、市、县（区）、校五级数字教育服务体系的互联互通，实现教、学、考、评、管业务闭环，全面支持基于空间的教育教学多场景应用路径，推出以学习者为中心的移动化空间和丰富的规模化教学活动服务。助力各级区域教育管理机构和学校实现精准教学、精准学习、精准管理。

       资源：公司拥有上百人的教研编审团队，对资源进行采集、整理、汇编，每周以数千条的速度更新。平台教育资源覆盖全面，涵盖了基础教育的全学段主学科，配套人教版、北师大版等50多个版本、1500多本教材。基于教育云平台的开放能力，汇聚了海量的优质资源和应用，构建资源的共建共享机制，面向教育机构、老师、学生、家长提供一站式的教育和资源服务。以武汉为例，目前教育云上已拥有海量资源超过1400万份，覆盖小初高全学段以及语、数、外等全学科，其中包含了60万精品教案、课件、资源包等同步备课资源，380万道同步习题，还有近年中高考真题试卷及解析。

       空间：通过集成教学应用、教学内容、教学工具、可进行教学交流、可定制、可编辑的个性化教育教学服务环境，提供了知识管理、课程管理、时间管理，沟通管理、个性展现等多种基础功能，提供个人空间服务和机构空间服务，空间成为学校、师生、管理者以及家长的教育信息化应用的主要入口。公司人人通空间服务已在全国12万所学校落地使用，累计服务超过1亿名师生，为建设人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会做出巨大贡献。

②智慧教育AI大脑

       依托人工智能、大数据、云计算技术和物联网等新一代信息技术，以5G等新一代高速宽带网络为载体，建立统一数据标准，整合空中直播课堂、智慧校园安防、教师智能助手、学生智能学伴、阳光成长档案、智慧移动家校等应用系统和终端，破除各级各类教学、管理平台数据壁垒，打造智慧教育应用AI大脑，实现用户的“一号通、一码通、 一卡通、一脸通”的教育大数据生态，满足教育用户教学、学习、教研、管理、社交等方面的需求，促进信息技术与教育教学全面深度融合。

③智慧教育示范应用

       基于智慧教育云平台实现智慧教育示范应用，形成教学考评管闭环，积累教育教学数据，为掌控数据要素，实现数据驱动的个性化学习、精准教学、科学治理提供支撑。依托5G的高速度、泛在网、低功耗、低时延特点，以及强大的AI智慧教育大脑，赋能智慧教育，实现适应5G高带宽时代的直播课堂、智慧校园安防、教师智能助手、学生智能学伴、阳光成长档案、智能移动家校等教育教学典型示范应用。

应用1：空中课堂

       空中课堂方案结合大带宽、MEC、多路超高清视频直播等关键技术，有效避免类似新冠肺炎疫情下，线上高并发直播需求引发的直播服务崩溃现象，该方案主要面向区域中小学生提供可靠可操作、优质便捷的空中课堂教育信息化服务，为教师和学生建立面对面辅导的虚拟课堂，可实现跨区、跨校、跨班的直播开课，也支持到校到班的互动式远程特色课程教学。配套教师智能助手信息化工具基于与智慧教育AI大脑的深度融合，集海量优质资源和高效教学工具于一体，围绕教学业务闭环，为学校提供贯穿课前、课中、课后全流程常态化和个性化的一站式智慧教学应用服务及配套的应用终端环境，同时提供云课堂在线学习服务及教师成长档案，为促进新时代教师队伍专业发展建设提供应用支撑和决策支持。

应用2：AI双师课堂

       AI双师课堂结合互动录播系统与课堂行为分析系统，通过互联网、物联网、大数据等新一代信息技术打造的智能、高效的双师课堂学习平台。教师可通过学生终端的数据及时得到学情信息，学生可及时接受教师推送资源。AI智慧课堂全面变革课堂教学的形式和内容，构建大数据时代的信息化教与学新模式，贴合当下倡导的翻转课堂模式和新型学本课堂模式。

应用3：AR/VR全息远程课堂

• 全息课堂

       基于5G的远程全息投影教学将重点打造以全息技术为基础的智慧教学场景。平台支持远程直播,只要能连上互联网,即可在摄影棚内实时以全息影像与任何地方的学生互动。亦让教师能以录播方式预先录制教学影片,加入立体图像作演示。服务器不仅支持一对一远程教学,同时可以一对多、多对一和多对多的直播互动模式，扩大同时授课的学生范围，提升教学质量，提高学习体验。

• AR远程课堂

       通过建设AR云平台，依托5G网络的大带宽、低时延、广连接的特点将AR教学内容上云端，利用云端的计算能力实现AR应用的运行、渲染、展现和控制，并将AR画面和声音高效的编码转换成音视频流，通过5G网络实时传输至终端。

应用4：高清直播课堂

       在传统4G网络下的直播教学依然存在卡顿、延迟、视频画质低、双向体验差等痛点，随着5G的到来将逐步被攻克。大带宽带来高清快速的直播体验，低时延让实时音视频互动教学毫无压力，高密度设备接入支持成千上万学生同时学习。

应用5：智慧阳光成长档案

       智慧阳光成长档案是基于教育大数据智能治理共享能力中枢，通过制定统一的数据采集标准和使用规范，参照学生学业成长评价，心里健康监测评价及学生体质健康监测评价指标体系和评估模型，通过自主填报与已建系统智能采集的方式获取学生全面、持续的学习过程和学习成果数据，形成学生全方位和全阶段的成长档案，促进学生认识自我，发现自身优势与诊断不足，同时帮助教师更准确的掌握学生成长过程，有助于教师对学生发展做出客观、公平、公正的评价，指导学生全面成长与个性化发展。

1. 体质健康：学生体质健康监测主要的维度有：年度、检测计划、地区、学校、检测项目、学生年龄、学生年级、学生性别、学生成绩等级、检测结果异常类型等，让学校和老师及时掌握学生体质健康状况，让学生和家长及时了解体质健康信息，以助于对比提高。

体质健康

2. 心理健康：支撑对学生各项心理素质水平进行全面评估，建立心理成长记录，评估心理状况，有效预警风险。

3. 日常表现：支持采集学生课堂、课外表现评价积分，支持按月统计学生获得的评价记录以及评价趋势变化。

日常表现

4. 成长足迹：支持通过填报方式采集学生的课外活动记录，包括图片、视频、文字记录以及获得点赞与评论次数。

成长足迹

5. 学习表现：支持通过教学应用自动采集学生参与课前导学、互动课堂、在线检测、课后作业数据，包括老师发布次数、参与次数、参与度、参与度排名以及每次参与导学的明细数据。

学习表现

6. 学科评价：支持采集学生每次考试的成绩数据，包括各科目的得分或等级。

7. 习惯养成：支持采集学生行为习惯（如劳动习惯、作息习惯、锻炼习惯）数据，并统计学生参与习惯的数量、坚持的天数。

8. 实践活动：支持通过活动系统智能采集学生参与社会实践活动、公益活动的数据，包括每次活动提交的音频、视频、图片作品。

9. 荣誉证书：支持通过填报的方式采集学生所获得的荣誉证书，并统计学生获得荣誉总数以及不同级别的数量。

应用6：AI个性化学习

基于教育云平台和智慧教育AI大脑的大数据统一治理能力，采集学生学习过程性数据，为学生成绩提升提供个性化学习推荐服务，同时智能学伴还可以提供在线学习任务、课堂回顾、巩固归纳等服务。

巩固归纳可为学生提供以文本编辑和移动端拍照的方式便捷录入错题，还支持以数据开放接口的方式支持第三方应用程序提供的错题汇聚。帮助学生建立自己的错题本，把在学习过程中作业、习题、考试的错题自己整理成各学科错题本，帮助学生个性化针对性的巩固知识、消除薄弱环节、进而提高学习效率和成绩。

应用7：智慧研训发展

1. 教师云课堂

教师云课堂是面向区域教师群体提供在线课程学习服务，促进教师专业化发展。教师云课堂面向管理者提供课程内容管理、任务管理、考试管理等管理业务，以及面向教师提供课程学习、考试、学习数据记录等功能。为便于教师随时随地通过云课堂进行学习，云课堂支持在web端和移动端的使用。

2. 教研督导巡课

随着计算机多媒体技术、网络技术、音视频处理等为代表的新技术的不断更新，推动了教学手段现代化进程。学校基于网络的音视频录制、点播、管理成为学校多媒体教学应用的一项重要需求，在网络已经普及到每个班级的情况下，如何通过教室内的音视频设备完成远程督导巡课，已成为学校网络普及之后一项新的需求。

3. 教师发展档案

通过数据填报和已建系统智能采集方式对教师教学、科研、培训、荣誉等信息进行统一汇聚，形成教师专业发展档案，帮助教师全面记录专业发展过程，增强教师自我反思、主动发展的意识和能力，同时帮助管理者掌握教师需求与发展动态，提升教师管理科学有效性。

应用8：智慧校园管理

1. 智能考场管理

智能考场管理以网上巡查、巡查指挥、身份认证、作弊防控等子系统对考场考风考纪实行实时监控，并提供考务管理子系统，满足智能化排考管理需求。

2. 校园装备物联管控

校园装备物联管控系统利用即可以兼容现有网络，还可以依托5G网络高速度、泛在网、低功耗、低时延的优势，构建泛在教育装备接入边缘计算网关、智能/非智能装备状态采集及控制代理、云端大数据存储及智能分析、动态可配置的教学场景一键控制、基于场景教学的云投屏等智能教学场景所需的装备管理功能。设备管理员、学科老师、校级领导、主管部门可通过PC电脑、安卓平板、大屏等多种方式，采用“云边端”多级协同平台，实现教学装备的智能化使用及管理功能。

3. 校园智慧指挥决策会议中心

校园智慧指挥决策会议中心主要是校园各级部门进行日常值班、指挥调度、处理突发状况的场所，以现代信息技术为主导，充分利用现代智能化技术、电子监控技术和网络技术，作为现代化、网络化、智能化的指挥决策中心，应具备网络通信、综合显示、音频扩声、视频会议、录音录像、安防监控、集中控制、电源保障、指挥调度等功能。

应用9：智慧校园文化

1. 校园新媒体智能移动广播电视台

校园新媒体智能广播电视台可方便学校自行拍摄、制作各种电视节目录像，如领导讲话、优秀示范课、教师访谈录、文艺节目、运动会、实验活动等，并具有现场直播、录播、转播、转录等功能，还能通过网络向常规教室的大屏触控一体机及移动端APP推送数字电视资源。

2. 校园信息发布宣传巨幕

校园宣传巨幕，通过在学校操场或校门处安装合适尺寸的P6规格的LED大屏显示设备，发布学校介绍，形象展示，欢迎词，通知等信息，可以起到宣传学校、树立学校良好形象的作用。

3. 校园智慧班牌

智慧班牌作为智慧校园建设重要的智能感知互动终端，既是智慧校园的数据呈现端，也是智慧校园数据采集的有力工具，通过智慧班牌一方面呈现校园文化的丰富多彩，另一方面成为学校班级、师生之间的互动媒介。在走班制教学及大数据教学的大背景下，智慧班牌能形成对班级和学生数据的大数据分析支持，对于促进学校教学改革，全面推行走班个性化教育，提高学校现代化管理水平，加强学校与外界交流等方面都具有重要意义。

应用10：智慧校园生活

1. 校园智能一卡通

校园智能一卡通系统基于“物联网+互联网+大数据”平台，实现学生生活数据、进出校数据、运动轨迹、健康数据的检测、采集、分析体系，采集的大数据通过深度的分析和并行计算，生成相关分析、因果分析、统计分析、预测，将数据转换成智能决策，协助校园管理者更有效率，更科学地管理校园事务，并建立面向政府部门、学校、家长的解决方案。采用最新的TCP/IP技术，集合消费、考勤、门禁、图书借阅、身份识别等功能于一体；主要包含有一卡通管理软件、读写器、消费机、考勤机、门禁机等。

2. 校园环境监测

校园环境监测系统根据教育行业的对环境的需求，集校园环境监测和多媒体宣传等功能于一体，实时监测并显示学校办公区域及校内生活环境的空气质量，为师生建立一个看得见的健康环境。

3. 教室环境监测管控

教室环境监测管控通过对教室物联网系统设计，包括灯光、风扇、空调、窗帘、电教设备、智能门锁等电器设备管理实现方式具体设计，通过物联网技术实现教室智能化管理，节省人员管理成本，提高设备管理效率，加固用电安全，为学生打造“体验式教育”的未来教室。

4. 校园智能垃圾分类

校园智能垃圾分类系统通过从根源上解决垃圾分类及利用，实现了将校园垃圾分类的前端，中端和末端在校园内一体化解决，综合数据管控，避免转运造成的污染和资源浪费，最终提升校园整体环境，提高师生垃圾分类意识，加强校园可回收垃圾资源的合理回收及应用。

5. 宿舍智能考勤

为了解决人工检查归寝工作量大、效率较低,归寝数据管理整合难，学生进出缺少记录、学生出入异常数据无法及时反馈学校，出入人员身份核验存在漏洞，对学生人身财产安全造成隐患等宿舍管理问题，通过宿管智能考勤系统可以帮助学校在人力防范的基础上，采用人工智能的手段，以人脸作为学生的核心标识，进行宿舍人员进出和考勤管理。

6. 智能食堂餐饮系统

智能食堂餐饮系统依托物联网、云平台、人工智能，专注校园餐饮，旨在实现加工间和出餐无人化的问题。餐饮无人化的好处很多，不仅能减少人工成本，还能减少因人为操作导致的交叉感染风险，提升食品安全保障。

智能餐饮系统的工作流程为：手机微信扫二维码-点单-支付-信号传到云平台-信号传到机器人控制系统-多台机器人协同工作-出餐-信号回传到云平台-通知用户取餐（同时显示在大屏幕）。

应用11：智慧家校共育

       智慧移动家校系统是为家长、学生、教师三者畅通互动交流而构建的移动端平台，通过提供班级圈、主题讨论、实时交互、习惯养成、一起悦读等服务，让家长能够参与到学生的教育教学当中，可以更好的实现学生的个性化教学。校园移动端应用支持APP形式，也可根据学校微信用户习惯，开通微信公众号，将相关应用植入学校微信公众号中，以微信公众号的形式进行服务。

1. 家校沟通

       实时交互工具可为用户提供稳定、可靠、安全的语音会议、视频会议服务，实时沟通交流稳定流畅无卡顿，满足用户跨空间交流协作的需求，让异地沟通更经济、更高效、更灵活、更人性。

2. 主题讨论

       基于主题讨论交互服务，为教师、学生、家长组建一个学习交互环境，改变传统教育教学流程，实现线上与线下相结合的学习交互模式。教师可围绕具体主题，按班级组织交流研讨、答疑辅导、合作探究等主题研讨活动，其他教师、学生、家长均可参与，参与者讨论可以上传学习成果，互动交流，实现共同学习，相互促进的目的。通过组建学习交互环境，改变传统教育教学流程，推动正式学习和非正式学习的融合，向多样化的学习方式进行转变。

3. 习惯养成

       习惯养成学习任务服务主要是教师按班级发起习惯养成学习任务和学生自主选择习惯养成学习任务加入，学生坚持参与，家长监督，教师可查看学生参与情况，并通过激励、鼓励、提建议的方式推动正式学习与非正式学习融合，让孩子在家长和教师共同协助下能获得更好的发展。

4. 一起悦读

       平台基于网络学习空间为学生、家长提供优质阅读资源学习与家校互动、学伴成长服务。其中学习内容部分包括每日阅读任务与名师推荐书单的更新推送，课内阅读、经典诵读、成语故事等语文学科资源的文库更新，优秀学生与指导教师的朗读作品与学习成果的更新推送等。为学生、家长、教师提供专业、精良的语文学科拓展知识与资源。同时互动成长部分包括用户自主选择与查询文库资源，优秀作品的在线学习、查询与分享，支持指定用户之间的点赞、红花发放、点评、班级统计等生生、师生互动场景，支持记录学生参与学习过程的成长图谱分析、个人阶段性成长报告，支持用户查询个人打卡日历、个人作品查询、个人徽章查询。为学生、家长、教师提供便捷、安全的学习交流平台，结合学习成长数据提供丰富、积极、正向的激励与引导方式。

5. 每日一题

       为响应《中共中央国务院关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》等文件精神，坚持‘五育’并举，全面发展中小学生素质教育，平台基于网络学习空间为学生、家长、教师提供素质教育知识学习与家校互动、学伴成长服务。其中学习内容部分包括安全知识百科、祖国峥嵘历史、中华传统文化、网络安全宣传、学科知识百科等不同的素质教育题材的学习题目、学习解析、学习资料；互动成长部分通过每日答题、答题闯关、专题专区等形式面向不同人群、不同时段、不同区域推送特色学习内容，通过用户学习答题的完成类型、完成数量等成长数据形成答题学习图谱并奖励答题徽章，最终为学生、家长、教师提供专业、精良的中小学生素质教育学习资源，引导学生通过空间选择在线测试、智力资源服务等进行自主学习，并记录综合素质评价过程性数据。

6. 班级圈

       教师将学生在学校的学习情况分享到班级圈，家长可以将孩子在家里的趣事分享到班级圈，孩子也可以通过班级圈记录自己的成长趣事。

四、典型经验提炼

（一）具体措施和成效

       在疫情期间，天喻教育业务的工作目的在于全面落实停课不停学。在防控疫情延期开学的阶段，全面利用自主的教育云平台，梳理中小学在线学习全流程，借助通信技术手段，借助网络终端设备，为教师和学生建立有效的互动沟通，有效解决远程教学问题，实现教学任务不延迟和和学生素养提升。

       根据各地形势的不同，我们坚持以分类实施为原则，考虑到不同区域间的教学差异，制定一地一策，一校一策的不同实施方案。坚持因地制宜、以教学相长为本，加强教学的针对性和实效性。充分利用教育云平台及相关资源，提升社会公益性教育资源水平。建立地区统筹并进机制，采取学校-年级-教师-家长四级联动方式，提高教学效率、保证教学质量、完成教学任务。基于教、学、研、用四个方面，加强对教师、学生及家长对教学工具的使用指导，注重线上教学的效果跟进和分类指导，提升网络环境下的教育教学实效，合力推进在线课堂在疫情期间的推广使用。在此基础上，我们的主攻方向在于学生在线学习，避免教学任务拖延。统筹国家、省市、院校的多方面教学资源，为教学实施提供丰富多样化的、有针对性的优质网课资源，开展教学直播、录播、互动、答疑等丰富多样的教学手段，保障教学质量。同时做好各年级学生的学习辅导、复习指导和心理疏导工作。具体来说：天喻教育制定了自2020年1月-2020年6月的教学进度计划，并基于开学延期的现实情况，结合线上线下的不同教学特点，以学期为单位开展教学计划。根据各区域的教学计划，设定相宜的区域实施方案。利用人人通空间，使用在线课堂、个性化学习平台、教务处理等多模块进行有效教学。以此同时，合理使用点名和统计模块，调整完善防控措施，准确记录，保证精准到校、精准到人、精准到事，加强教师和学生健康状况跟踪检测。

（二）借鉴意义

       本项目极大影响实施区域的教育信息化环境走向高速化和智能化，促进区域教育整体水平提升，能快速应对应用功能扩展以及用户规模增加，有效解决了各级教育机构和中小学资源配置不均、应用系统不统一、数据不互通等问题，避免信息孤岛和重复建设，提高服务质量，有效降低建设与运维费用，促进智慧教育和智慧校园的智能化水平提升，推动地方教育生态持续发展，形成教育产业行业规模化发展效应，加速各地教育事业发展，带动区域教育消费和经济增长。

1. 提升产业供给能力，促进区域经济快速发展

       积极开展前沿技术探索，以5G、大数据、人工智能、脑科学等为技术基点，重点突破智能技术与教育教学融合应用研究，开放关键技术研发成果，为产业赋能，做大做强教育产业生态，增强教育产业驱动力，进一步拓展教育产业发展空间，激发产业活力，为推行数据要素改革，实施数字经济战略，促进新型信息消费，国民经济和社会转型升级注入新的动力。

2. 构建一体化研教体系，全面提升教师教学能力。

       基于国家、省教育资源公共服务平台，帮助区域建好教育信息化高速公路网，实现国家教育资源公共服务平台与省、市、县（区）、校、端六级互联。通过智慧教育区校一体化的常态化教学训练，构建全方位的教研教学体系，实现教师教学能力全面提高。

3. 创新学生评价体系，促进德智体美劳全面发展。

       以教育云平台为基础，以智慧教育AI大脑为支撑，以智慧教育示范应用为手段，加快融合创新，运用5G和AI等先进科学技术助推教、学、考、评、管的教育变革，通过信息化技术、平台和资源在课前、课中、课后的常态化应用，重构学生参与校园文化活动和校园生活的模式，形成基于大数据的学生成长档案，并实现及时将学生成长指导报告向学生和家长及时推送，促进学生德、智、体、美、劳全面发展，促进学生综合素养的全面提升。

4. 数据驱动科学管理，全面提升教育决策管理水平。

       帮助各地建设互联网+教育大平台，借助智能化区域和校园管理应用，构建数据驱动的管理支撑体系，全面提高大数据支撑下的教育管理、决策和公共服务能力，形成政府、部委、学校、师生、家长共同参与的教育治理新格局。

5. 办人民满意教育，提升人民群众获得感和幸福感。

       通过互联网+教育大平台的全面服务，建立完善的教育教学管理体系和评价体系，着力培养学生的创新精神与实践能力，促进学生的全面发展，提高教师师德水平与业务能力，推进区域优质教育资源共享，促进教育优质均衡发展。让人民群众对教育体验到实实在在的获得感、幸福感，实现办人民满意教育的美好愿望。